Novi materiali v elektroniki in materiali naslednje generacije

Organski in anorganski polimerni materiali Elektronska keramika Nanopolimerni materiali Grafen kot material naslednje generacije (odlične električne lastnosti, velika trdnost in drugo). Galijev arzenid in grafen kot polprevodnik prihodnosti Ogljikove nanocevke z edinstvenimi lastnostmi Biomateriali in bioaktivni materiali Biobimetrični materiali Nanomateriali Fotoski materiali za elektroniko

Znanost o materialih je postala eden od stebrov industrijske družbe. Strokovnjaki pravijo, da več kot 70 odstotkov BDP temelji na materialih. Glede na njihov delež je postalo izjemno pomembno razvijati jih kar hitreje in učinkoviteje. Posebno obetavne so nove usmeritve v nanotehnologiji, bioinženirstvu, adaptroniki in računalniški znanosti o materialih. Nanotehnologija, od katere znanstveniki pričakujejo, da bo revolucionirala svet, že danes omogoča razvoj novih materialov z vdelanimi nanodrobci, velikimi med 0,1 in 100 nanometrov. Taki nanodrobci bodo kmalu omogočili razvoj visokoobčutljivih tipal, lahko pa jih uporabimo tudi za biokemijske analize. Strokovnjaki za adaptroniko že ustvarjajo snovi, prilagojene različnim pogojem v okolju. Nanotehnologija ima izjemen vpliv na elektroniko, optiko in bioinženirstvo. Majcene ogljikove cevke na primer omogočajo tisočkrat večjo prevodnost pri debelini samo nekaj nanometrov.

Janez Škrlec, inženir mehatronike

Odpiranje sistemov izobraževanja in usposabljanja v širše okolje – partnerstva

operacijo delno financira Evropska unija iz Evropskega socialnega sklada ter Ministrstvo za šolstvo in šport

Odpiranje sistemov izobraževanja in usposabljanja v širše okolje – partnerstva

operacijo delno financira Evropska unija iz Evropskega socialnega sklada ter Ministrstvo za šolstvo in šport

Današnje tehnologije nam že danes omogočajo izdelavo različnih sončnih celic, ki so temelj fotovoltaičnih sistemov. In kakšna je želja strokovnjakov na področju izdelave sončnih celic? V prvi vrsti, da bi bile sončne celice poceni, z odličnim izkoristkom, preproste za nameščanje in lahke za reciklažo ter, da bi bile izdelane iz okolju prijaznih materialov. Danes gre trend razvoja sončnih celic v več različnih smeri, izjemno zanimiva postaja razvojna smer organskih sončnih celic, torej takšnih, ki so izdelane iz organskih materialov in je njihovo površino mogoče pobarvati. Takšne celice je mogoče namestiti na katerokoli površino, ki je izpostavljena sončnemu obsevanju, na primer na obleko, avtomobil ali hišo. Zaradi posebne zgradbe je mogoče nadzorovati njihovo velikost in debelino. Najnovejše sončne celice so uporabne predvsem za polnjenje manjših električnih naprav, tudi telefonov. Sončno energijo spreminjajo v električno in so alternativni vir pridobivanja električne energije.

Glavni sestavini sta ogljik in vodik, elementa, ki ju je mogoče najti v naravi in sta okolju prijazna. V tem gradivu bodo predstavljene različne celice, ki so alternativa sedaj najbolj razširjenim sončnim celicam iz silicija. Predstavljeni pa bodo tudi novi viri električne energije malih moči in uporaba novih materialov in novih tehnoloških rešitev.

Novi materiali v energetiki ter novi viri električne energije malih moči

quantum dots sončne celice

Nove izvedbe in vrste sončnih celic in novi materiali

Nano abrezivni material za samočistilnost sončnih celic

Fotokemične električne celice

Gretz – cerjeve celice

Novi piezo električni fleksibilni nano-trakovi Piezo generatorji

Princip delovanja piezo generatorja

Delovanje piezo generatorja v posebnem okolju

http://www.youtube.com/watch?v=Xuw9frP1GNo

Organske sončne celice quantum dots sončne celice

Različne izvedbe celic

Sončne celice zasnovane na ogljikovih nano cevkah

Organske solarne celice

7

Fleksibilne galij arzenidne sončne celice

Organske fotovoltaične celice bazirajo na grafenski podlagi

Okrogle sončne celice

Fleksibilne sončne celice za različne aplikacije

http://www.gizmag.com/highly-absorbing-flexible-solar-cells/14232/picture/110897/

Shematski prikaz cenenih sončnih celic

Solarne celice s pomočjo nano-tehnoloških procesov proizvajajo nekajkrat več električne energije od klasičnih silicijevih

Grafični prikaz organskih solarnih celic

Trenutna slabost: zahteven in drag tehnološki proces Prednost: izjemno visok izkoristek, glede na površino sončne celice

PV Cell Prototype Generates Electricity from IR and UV Light

Prototipa sončnih celic na IR in UV svetlobo

Vir: http://www.alternative-energy-news.info/pv-cell-prototype-generates-electricity-from-ir-and-uv-light/

Spray-on film turns windows into solar panels

Proizvodnja sončnih panelov na podlagi tankih polprevodniških filmov za okna

“Bacteria “new source for electricity production

Bakterije bodo uporabljene kot novi viri električne energije malih moči

http://vkey.instablogs.com/entry/bacteria-new-source-for-electricity-production/

Generiranje električne energije iz celic alg

Vir: http://carbonfixated.com/generating-electricity-from-algal-cells/

Novi viri električne energije

Ustvarjanje električne energije za napajanje senzorjev iz bioenergetskega potenciala

Novi MEMS konvenzira vibracije v električno energijo Prikaz miniaturnega nano-generatorja električne energije Generator bo primeren za avtonomno napajanje senzorjev, bio senzorjev za brezžično komunikacijo, za napajanje implantov, kot so vzbujevalci srčne mišice, izolinske črpalke in druge medicinske aplikacije

http://www.sciencedaily.com/releases/2010/07/100709131308.htm

Novi viri električne energije

Novi viri električne energije Različni piezo generatorji

Izvor električne energije z konvertiranjem toplote v organskih molekulah

Vir: http://www.physorg.com/news90775923.html

Prikaz principa delovanja piezo generatorja

Novi viri električne energije

Piezoelektrični generator

Prikaz izdelanega piezoelektričnega generatorja

Harvesting Thermal Energy

Termično generiranje električne energije

Hibridni nanogenerator iz nanožičk in vlaken

Nanogenerators Used to Power Sensors Based on Zinc Oxide Nanowires

Nove izvedbe nano – električnih generatorjev za napajanje senzorjev

Graphene solar cells

Sončne celice naslednje generacije bodo izdelane iz grafena

Nanožičke za aplikacijo v solarnih celicah

19

MIT researchers are looking into new solar

panel technology

http://www.gizmag.com/go/1782/picture/2062/

Fleksibilne sončne celice za različne aplikacije

21

ultrathin-ultra-tiny-solar-cells

Natisljive plastične solarne celice

Razvoj na tem področju je izjemno intenziven, vendar je izkoristek električne energije še precej manjši od klasičnih silicijev celic

Tiskalnik natisljivih sončnih celic podjetja Konarka - ZDA

Solar cells created with inkjet technology

Sončne celice se izdelujejo z brizgalno tehnologijo

Prikaz izdelave natisljivih solarnih celic na fleksibilni substrat

Transparentne sončne celice

Na papirju natisljive sončne celice

http://inhabitat.com/2010/09/02/mit-develops-self-assembling-solar-cells/

Self-Assembling Solar Cells

Samosestavljive sončne celice, ki jih razvijajo v MIT

Nove izvedbe in tehnološke rešitve na področju sončnih celic

Termo fotovoltaične celice

Tiny devices that turn bodily movements — such

as the snap of one's fingers — into electricity for

a cellphone or MP3 player are now much closer

to making the leap from the laboratory into

everyday life.

Views of the first practical nanogenerator on several

scales.

Schematic of the new material repairing itself

"Just add light." This simple instruction could someday be on the

label of a new material that repairs itself when exposed to

ultraviolet light.

Na področju tehnologije materialov je pet raziskovalnih

področij:

osnovno razumevanje strukturnih lastnosti materialov,

računalniško podprta veda o znanosti materialov,

razvoj analiznih tehnik,

novi proizvodni procesi,

nanokompozitni materiali,

biomateriali,

elastomerni nanokompoziti,

polimerni nanokompoziti.

Nanokompozitni materiali in bio materiali

Z uporabo znanja, pridobljenega z raziskovanjem je možno razviti nove

»bio-based« materiale, iz katerih razvijajo:

kontrolirano izpuščanje zdravil in hranil,

biomateriale kot zdravilne pripravke,

biomateriale za hibridne umetne materiale,

gradbene in tekstilne materiale,

materiale za energetiko

biomateriale za pametno embalažo,

okolju prijazne premaze, ki se ne odlagajo,

pametne materiale (membrane, absorbante) za separacijo bio-molekul,

pametne površine in matrice za imobilizacijo encimov in receptorjev,

samočistilne površine,

samoorganizirane polimere,

aparaturno in programsko opremo,

novi biomateriali z lastnostmi, ki v preteklosti niso bili možni.

Nanomateriali

Za raziskovanje in industrijske procese obstajajo številne analizne tehnike,

namenjene analizi nanomaterialov. Glede na namen njihove uporabe so

razvrščene v štiri skupine:

določevanje atomske strukture in kemijske sestave (spektroskopske metode,

X rentgen), določevanje velikosti in oblike (elektronska mikroskopija, SEM,

TEM, BET,...),

detekcijo nanomaterialov in aerosolov (CPC, DLPI, ELPI, SMSP, STEM,

HRTEM, SNOM in AFM), detekcijo nanomaterialon in bioloških tkiv (C-TEM,

STIM, kriogenski transmisijski mikroskop).

Kljub vsemu obstaja pomanjkanje analitičnih standardov za nanomateriale.

Nobeden

okoljevarstveni, zdravstveni in varnostni problem ni bil rešen. To pa se da

doseči z razvojem:

standardnih/referenčnih nanomaterialov,

testnih protokolov za strukturne lastnosti, obliko in velikost,

detekcije nanodelcev v bioloških matricah,

metod za vstop/izstop nanodelcev v biološke sisteme,

metod za študij raztapljanja nanodelcev v bioloških fluidih,

toksikologije in poskusne metodologije,

metod za detekcijo nanodelcev in obdelavo.

Novi materiali bodo pomembno vplivali na tehnološki razvoj na številnih področjih,

tudi v energetiki